So bestimmen Sie das spezifische Gewicht

Es ist von zentraler Bedeutung für die Wissenschaft, genau zu wissen, welche Menge eines bestimmten Stoffes als Teil der Bewertung seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften vorhanden ist. Mengen zählen – viel! Sie denken wahrscheinlich: "Okay, lassen Sie uns an dieser Stelle über das Offensichtliche hinausgehen", aber denken Sie über die Frage nach, was "Betrag" bedeutet. Wenn dich jemand gefragt hatwie viel von dir ist da, was würdest du ihr sagen?

Die meisten von uns würden diese Frage wahrscheinlich als "Wie viel wiegen Sie" interpretieren. oder möglicherweise "Wie groß bist du?" Es gibt jedoch viele ebenso plausible Antworten. Zum Beispiel, wie viel Volumen (z. B. in Litern) nimmt Ihr Körper ein? Wie viele einzelne Atome oder Zellen enthält es?

Masse ist eine Möglichkeit, den Überblick über "Zeug" im Universum zu behalten, und sie bezieht sich darauf, wie viel Materie vorhanden ist; dies ist unabhängig vom Volumen, das einfach Mengen des dreidimensionalen Raums beschreibt. Das Verhältnis dieser beiden Größen, Dichte genannt, ist natürlich von Interesse, ebenso wie ein naher Verwandter, genannt

Irgendwann fehlen einem einfach die Worte, um einen Begriff zu beschreiben, und so ist es auch mit der Materie. Man kann sich Materie vorstellen, dass sie alles ist, worauf die Schwerkraft einwirkt, und man könnte theoretisch jede Art von Materie halten mit deinen Händen, wenn deine Hände winzig genug wären, und sieh es mit deinen eigenen Augen, wenn du übernatürlich mächtig hättest Vision.

Materie besteht aus einem oder mehrerenElemente, von denen 92 in der Natur vorkommen. Elemente können nicht weiter in andere Teile zerlegt werden und behalten dennoch ihre Eigenschaften; die kleinste vollständige Einheit eines Elements ist anAtom. Ein großer Materieklumpen kann aus Billionen von Atomen eines einzelnen Elements bestehen, zum Beispiel ein Pfund reines Gold. Häufiger verbinden sich verschiedene Elemente zu Verbindungen, wie z. B. Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O), die sich zu Wasser (H .)₂Ö).

Masse und Gewicht sind ähnliche, aber unterschiedliche Maßeinheiten. Masse beschreibt einfach die Menge an Materie, die unabhängig von externen Faktoren vorhanden ist, und die SI-Einheit (Internationales System oder metrische) Masse ist Kilogramm (kg). In physikalischen Problemen, die das spezifische Gewicht betreffen, wird das Gramm (g) verwendet, das 1/1.000 eines Kilogramms entspricht.

Das Gewicht eines Objekts hängt von der Schwerkraft ab, der seine Masse ausgesetzt ist, und hat Krafteinheiten, die im SI-System Newton (N) sind. Auf der Erde ändert sich dieser Wert nicht merklich, daher werden Masse und Gewicht oft synonym verwendet. Aber wäre auf dem Mond die Schwerkraft weniger stark, wäre Ihre Masse dieselbe, aber Ihr Gewicht (Masseichmal SchwerkraftG) wäre proportional schwächer.

Volumen bezieht sich auf eine Größe des dreidimensionalen Raums. Es ist der Längenkubus und die SI-Einheit ist der Liter (L). Ein Liter wird durch einen Würfel von 10 Zentimetern oder cm (0,1 Meter oder m) an einer Seite dargestellt. Sie kennen diese Volumenauswahl wahrscheinlich im Allgemeinen aufgrund der Anzahl der hergestellten 1-Liter-Getränkeflaschen.

"Volumen" ist an sich nur ein mathematisch definierter Raum, der vielleicht darauf wartet, von Materie eingenommen zu werden, vielleicht nicht wartet. Wenn jedoch Materie diesen Raum einnimmt, werden die resultierenden Effekte unterschiedlich sein, wenn unterschiedliche Mengen an Materie in denselben Raum gebracht werden. Das wissen Sie intuitiv; Wenn Sie eine Kiste voller Erdnüsse und Luft mit sich herumtragen, ist Ihre Arbeit einfacher, als wenn die gleiche Kiste kurz zuvor eine Lieferung von Lehrbüchern enthielt.

Das Verhältnis zwischen Masse und Volumen, auch bekannt als "Division Masse durch Volumen", wird Dichte genannt. Aber die einzigartige Beziehung des Wassers zu allem, was bisher erwähnt wurde, muss noch beschrieben werden.

Dichte hat in der Physik keine eigene Einheit, braucht sie auch nicht wirklich, da sie abgeleitet ist von eine fundamentale physikalische Größe (Masse) und eine leicht von einer anderen abzuleiten (Volumen hat Würfeleinheiten von Länge). Es wird normalerweise durch den griechischen Buchstaben rho oder ρ dargestellt:

Sie können sehen, dass die Dichte im SI-System die Einheit kg/L hat, aber in physikalischen Problemen wird oft die Einheit g/mL verwendet. (Da Letzteres die erstere darstellt, wobei sowohl die Masse als auch das Volumen durch 1.000 geteilt werden, sind kg/L und g/mL tatsächlich äquivalent.)

Sie werden feststellen, dass die meisten Lebewesen und viele übliche Substanzen, die an biochemischen Reaktionen teilnehmen, eine ähnliche Dichte wie Wasser haben; dies folgt aus der Tatsache, dass die meisten Lebewesen größtenteils oder hauptsächlich aus H. bestehen₂Ö.

Diese Erforschung hat die Tatsache zerschlagen, dass Wasser überall ist, nicht um Dürreängste zu zerstreuen, sondern, weil Physiker und Chemiker einen einfachen Weg gefunden haben, kleine Änderungen in der Dichte von dasgleichArt der Materie: Spezifisches Gewicht, eine dimensionslose Zahl, die nur das Verhältnis der Dichte dieser Flüssigkeit zu der von Wasser ist – mit einer Wendung.

Per Definition hat 1 ml reines Wasser eine Masse von 1 g. Als Liter wurde ursprünglich die Wassermenge gewählt, die eine Masse von genau 1 kg hatte. Das Problem dabei ist, dass, wie modernere Forscher erfahren haben, das spezifische Gewicht von Wasser sogar über kleine, alltägliche Bereiche hinweg tatsächlich mit der Temperatur variiert (mehr dazu später). Aber während die Dichte von Wasser für alltägliche Zwecke fast immer einfach auf "genau" 1 gerundet wird, ist dies eigentlich keine Konstante.

• Beachten Sie, dass das Wort "Schwerkraft" verwirrend sein kann, da die Schwerkraft in der Physik Beschleunigungseinheiten hat und von dieser Diskussion unabhängig ist.

Bevor man sich vollständig mit dem spezifischen Gewicht beschäftigt, ist eine Demonstration der Bedeutung und Eleganz der Dichte angebracht – das Prinzip von Archimedes. Dies besagt einfach, dass die nach oben wirkende (Auftriebs-) Kraft, die auf einen in eine Flüssigkeit (normalerweise Wasser) getauchten Körper ausgeübt wird, gleich dem Gewicht der vom Körper verdrängten Flüssigkeit ist:F_B=w​_f.

Dies erklärt, warum Schiffe meist hohl sind. Die Materialien, aus denen sie hergestellt werden, sind dichter als Wasser, was bedeutet, dass das "Schiff" bei einer Kompression dieses Materials sein eigenes Volumen im Wasser verdrängen würde und ein ausreichendes Gewicht hätte, um es sinken zu lassen. Aber wenn das Volumen des Schiffes erhöht wird, indem ein hohler Rumpf an seiner Basis angebracht wird, nimmt die Gesamtdichte ab und das Schiff bleibt über Wasser.

Das Gerät, das am häufigsten verwendet wird, um das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit zu bestimmen, wenn ihr Wert unbekannt ist, heißt aAräometer. Diese gibt es in verschiedenen Formen, aber das Grundkonstrukt ist ein unten beschwertes Rohr, damit es sinkt bis zu einem bestimmten Punkt in der Prüfflüssigkeit, die sich zum Messen in einem Messzylinder befindet Volumen.

Aus der Kenntnis des Flüssigkeitsvolumens verdrängt das beschwerte Rohr und das Gewicht des eingetauchten Teils zusammen mit der Raumtemperatur bis Bestimmen Sie die wahre Dichte von Wasser unter diesen Bedingungen, die Dichte und das spezifische Gewicht der Flüssigkeit können aus Archimedes' Prinzip.

Ein Blick auf die Grafik in den Ressourcen zeigt, dass das spezifische Gewicht von Wasser im Bereich von 0 bis 10. sehr nahe bei 1.000 liegt Grad Celsius, sinkt dann aber mehr oder weniger konstant auf etwa 0,960, wenn sich die Temperatur dem Siedepunkt von Wasser von. nähert 100 C. Wenn Substanzen wie Medikamente oft in Mikrogramm gemessen und zubereitet werden, ist es wichtig, solche scheinbar trivialen Unterschiede in der Praxis berücksichtigen zu können.